一种饲料自动投放控制方法与流程

本发明属于畜牧养殖装备技术领域，具体涉及一种饲料自动投放控制方法。

背景技术：

近年来，随着规模化养殖行业的高速发展，畜禽出栏率大大提高，畜禽养殖的技术水平也得到了快速提升。但是，由于规模化养殖场的大量建设且呈现出区域化的趋势，大量积聚的畜禽粪便因无法合理消耗而对生态环境带来了很大的压力和破坏。预计到2020年，我国畜禽粪便产生量将达到41亿吨，畜禽粪便化学耗氧量的排放量将达7118万吨，远远超过我国工业废水和生活废水的排放量之和，成为农村地区水源污染的重要因素。

研究表明，随着动物体重的增加，维持减少，沉积内容改变(脂肪沉积增加，瘦肉组织沉积减少)，而且采食量增加，因而日粮所需营养浓度逐渐降低，若采取阶段精确饲养则可以满足动物不同生长阶段的不同营养需要，避免出现营养过剩或不足。据报道，多阶段精确饲喂可使饲料转化率提高7％，尿氮降低14.2％，氨气排出量降低16.8％。现阶段的生猪养殖实情来看，饲喂方式基本为人工添加饲料，需要频繁投料喂养的家禽饲养，需要大量劳动力，即便在规模化的养殖场中也不例外。同时人工粗放型养殖，达不到精细化要求，做不到定时，定量，动态调整工作模式的要求，使得养殖效率低下。传统干料的喂养，容易造成养殖业过度的使用抗生素，造成养殖户的成本及风险加大。

因此，精确饲喂装置及相应的智能管理技术是现阶段规模化生猪养殖中尤须开发的关键技术。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种饲料自动投放控制方法，以实现家禽的智能化、精确化饲喂，提高饲料利用率，降低资源浪费和污染物排出量，进而减轻家禽饲喂过程的劳动强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

主控mcu控制超声波探头传感器向饲料盆底发出超声波检测信号，并根据其返回的探测信号与设定的参数信号值进行比对，判定饲料的有无及高度；

主控mcu控制接触式探头传感器对饲料盆内有无饲料进行采样，并把采样电平保持的时间发送给主控mcu，所述主控mcu根据采样得到的高电平信号和低电平信号保持时间，并与设定的基准信号值进行比对，从而判定饲料的有无；

时钟芯片电路产生稳定的时钟信号与主控mcu通讯，所述主控mcu根据时钟信号控制该超声波探头传感器和接触式探头传感器按时依序进行检测；

所述主控mcu在时钟信号的控制下，根据接收到的超声波探头传感器和接触式探头传感器发送的信号进行综合判定，确认是否进行下料操作。

进一步地，所述方法还包括:当执行下料动作时，所述主控mcu控制水处理单元向搅拌桶内注入水，同时控制电机处理单元对搅拌桶内的饲料和水进行混合搅拌，其中，注水量和搅拌时间由所述主控mcu控制。

进一步地，所述方法还包括，在超声波探头传感器进行探测前，主控mcu内部的寄存器事先存储有：超声波的余振波的宽度、有效返回波的时间、有效返回波的宽度、有效返回波的总时间、一个周期内有效波形的总时间五个基准参数，作为无料的基准信号值。

进一步地，所述接触式探头对饲料盆内有无饲料进行采样，并把采样电平保持的时间发送给主控mcu，当接触式探头获取的高电平信号保持的时间超过设定的第一基准值时，主控mcu判定该饲料盆为无料状态；当接触式探头返回的该低电平信号保持的时间超过设定的第二基准值时，主控mcu判定该饲料盆为有料状态

进一步地，所述方法还包括，所述主控mcu在检测到无料时控制报警单元启动警报。

进一步地，所述主控mcu控制是否下料由时钟芯片电路、超声波探头传感器、接触式探头传感器的高低电平共同决定。从而可以做出机器工作状态的动态变换。如：从工作状态转为休息状态，从休息状态转为工作状态，实现自动喂饲过程中的饲料动态供给，有利于家禽的健康生长。

进一步地，所述主控mcu控制是否得到干料还是湿料，通过所述超声波探头传感器、接触式探头传感器的高低电平及维持的次数来决定。

进一步地，所述主控mcu控制下料模式为连续下料模式和自由采食模式，所述连续下料模式不受时间时钟芯片控制，由接触式探头传感器进行记次工作，下料的次数由事先存入主控mcu的寄存器内，当达到次数就强制停机一段时间，没有达到就继续下料。

相比现有技术，本发明所公开的一种饲料自动投放控制方法，能够自动检测饲料的有无及高度，并自动投放，且有料无料的判定精度高，可实现家禽的智能化、精确化饲喂，提高饲料利用率，降低资源浪费和污染物排出量，进而减轻家禽饲喂过程的劳动强度。本发明可针对家禽不同生长阶段所需，可灵活设置水和饲料的投放比例，提高了养殖质量。

附图说明

图1为本发明实施例所述的超声波探头传感器检测的原理示意图；

图2为本发明实施例所述的接触式探头传感器检测的原理示意图；

图3为本发明实施例所述的设备工作流程示意图。

具体实施方式

参照图1、图2所示，本发明实施例公开了一种饲料自动投放控制方法，该方法包括如下步骤：

主控mcu控制超声波探头传感器向饲料盆底发出超声波检测信号，并根据其返回的探测信号与设定的参数信号值进行比对，判定饲料的有无及高度；

主控mcu控制接触式探头传感器对饲料盆内有无饲料进行采样，并把采样电平保持的时间发送给主控mcu，所述主控mcu根据采样得到的高电平信号和低电平信号保持时间，并与设定的基准信号值进行比对，从而判定饲料的有无；

时钟芯片电路产生稳定的时钟信号与主控mcu通讯，所述主控mcu根据时钟信号控制该超声波探头传感器和接触式探头传感器按时依序进行检测；

所述主控mcu在时钟信号的控制下，根据接收到的超声波探头传感器和接触式探头传感器发送的信号进行综合判定，确认是否进行下料操作，比如，当二者均探测到为无料时，证明无料，当二者均探测到饲料充足时，不进行下料，当二者检测结果不一致时，在一定时间内控制分别再次进行探测检查。其中，与所述超声波检测探测器和接触式探头传感器比对的参数信号值和基准信号值存储于该主控mcu内部的寄存器中。

本发明通过双探头探测，能够明显提高饲料有无的检测精度，实现精确化喂养。需要说明的是，本发明的所述主控mcu控制是否下料由时钟芯片电路、超声波探头传感器、接触式探头传感器的高低电平共同决定，从而可以做出机器工作状态的动态变换。如：从工作状态转为休息状态，从休息状态转为工作状态，实现自动喂饲过程中的饲料动态供给，有利于家禽的健康生长。

图1为采用本发明的超声波探头传感器进行检测的原理图。

该超声波探头传感器的判定参数或者基准参数设定如下：

1:t＝n1，t是一个周期有效波形的总时间

2:a＝n2，a是超声波的余振波形的宽度，也可以理解为波形的时间。

3:b＝n3，b是有效返回波的时间。

4:c＝n4，c是有效返回波的宽度，也可以理解为有效波形的时间，

5:b+c＝n5，b+c是有效返回波的总时间。

6:t/a/b/c＝n6(维持稳定波形时间)

判定方法为：设备具备校正功能按键，在生产调试时，在所述超声波探头传感器进行实现检测之前，通过校正事先将盆底处理成物理无料状态，主控mcu将此时记录的前面5个基准参数存入主控mcu内部的寄存器，获得无料基准值，作为机器工作时喂饲的判定条件。

当料盆里有饲料时5个参数会发生变化，从面判定料盆里是有料还是无料；当料盆里有物料时，可以通过数学的算法，算出饲料与探头的高度，从而判定饲料的高度。其中a,b,c,b+c,t保持稳定的时间也是一个判定条件。当料盆底部有了饲料，其中b,c，t及a,b,c,b+c,t稳定的总时间都会发生变化，从而可以判定是饲料盆里是饲料的状态；当料盆底部无饲料，其中以上6个参数与校正取样的数值对比是相同的，从而判定饲料盆里是无饲料的状态。其中b,b+c的参数做为饲料盆里饲料高度的主要判定参数。是采用数学的算法，平均计算得出的值。其中若出现只有a且a的宽度与校正取样的数值对比出现较大的差值，同时无c或c的宽度发生变化，b变小，并维持一定的时间，则认为饲料盆里是满盆的状态，从而不会引起抛料的情况发生。

所述超声波探头传感器产生超声波信号，并将超声检测信号处理好，通过数据端口与主控mcu通讯，有效检测料盆中饲料有无及高度值，并将探测的信号提供给主控mcu做逻辑判定，该超声波探头传感器采用收发一体，通过对比超声波发出的信号与接收返回的信号差别，以及与基准设定值的差别，作出饲料有无及高度的判定，为了准确采集到饲料盆饲里饲料的有无及高度值，超声波探头传感器与主控mcu，会针对在一定时间内，多次取样的数据做分析与计算，从而获得准确有效的信号。数据的采集采用动态取样与静态取样相结合的办法，并设置错误数值过滤的措施，从而提高所获得数据的稳定性。

图2为本发明接触式探头传感器进行探测的原理图。

该接触式探头传感器的判定参数如下：

1:t1＝*1*高电平

2:t1>＝n1维持稳定高电平的时间

3:t2＝*0*低电平

4:t2>＝n2维持稳定低电平的时间

当接触式探头获取的高电平信号(t1＝*1*)维持的时间t1超过设定的第一基准值n1时，主控mcu30判定该饲料盆为无料状态，此时主控mcu可控制向饲料盆内下料；当接触式探头获取的该低电平信号(t2＝*0*)保持的时间t2超过设定的第二基准值n2时，判定该饲料盆为有料状态；所述第一基准信号值和第二基准信号值由所述人机交互单元进行设置。举例来说，接触式探头可探测的高度为2cm，当饲料盆内无料时或者饲料高度达不到要求时，该接触式探头10不与饲料接触，无法探测到接触信号，此时，获取的为高电平信号，为了更精确测定，在一定的时间内继续进行探测，如果仍然为高电平信号且高电平信号保持的时间大于主控mcu存储的第一基准值时，主控mcu此时可作出判定，认定饲料盆内确实为无料或者饲料很少。当饲料盆内有充足的饲料时，接触式探头一直产生接触的信号，此时有接触时信号为低电平，并同时测定低电平信号的维持时间，若维持时间大于主控mcu存储的第二基准值时，主控mcu此时可作出判定，认定饲料盆内确实有料，且充足，如果维持时间不足或者达不到设定的第二基准值，说明饲料在减少。

时钟芯片电路，连接所述主控mcu，所述时钟芯片电路产生稳定的时钟信号给所述主控mcu发出时序控制命令，所述主控mcu接收该时序控制命令控制该超声波探头传感器和接触式探头传感器按照一定的时序和频率在预设的时间内向饲料盆内进行探测，并不断返回探测的电平信号，比如早上六点至八点期间每间隔半个小时进行探测采样，每次探测次数为十次，比如先控制超声波探头探测器开始探测一次，再控制接触式探头探测器再探测一次，所述主控mcu多次接受该电信号进行数据处理，分析和计算，以获取准确有效的信号。比如，当时钟芯片电路为低电平时，控制主控mcu为休眠状态，不进行下料操作。当时钟芯片电路为高电平时，主控mcu根据超声波探头传感器和接触式探头传感器二者实际的检测值进行综合判定。

时钟芯片电路与主控mcu通过数据接口通讯，主控mcu会定时与其同步，产生稳定的时钟信号，从而确保产品定时工作的稳定性与可靠性。

参见下表所示，时钟信号通过双逻辑组合功能来判定设备的工作状态。

所述时钟信号为低电平时，无论所述超声波探头传感器和接触式探头传感器返回给所述主控mcu的为高电平或低电平，均不执行下料动作，也就是说，时钟信号为低电平时判定无效。

所述时钟信号产生高电平时，当所述超声波探头传感器和接触式探头传感器中的至少一个为有效的低电平时，均判定该饲料盆内饲料不足，执行下料动作，也就是说，时钟信号为高电平时判定才有效。

当执行下料动作时，所述方法还包括主控mcu控制水处理单元向搅拌盆或搅拌桶内注入水，以及控制电机处理单元向搅拌盆或搅拌桶内的饲料进行混合搅拌，实现对饲料和水混合搅拌的，其中，注水量和搅拌时间由所述主控mcu控制。该方法应用到了一个所述水处理单元及电机处理单元，分别进行供水和搅拌的操作，二者连接所述主控mcu，其接受所述主控mcu的控制命令实现自动向饲料盆内进水。所述水处理单元具有进水阀门，所述主控mcu具体为控制该进水阀门的阀门开启大小进而控制进水量。所述主控mcu还可以控制水处理单元对进料仓进行清洗。所述电机处理单元，连接所述主控mcu，所述电机处理单元具有一可伸缩至搅拌盆内的搅拌棒，所述电机处理单元接受所述主控mcu的控制实现水和饲料的混合搅拌。所述电机处理单元具有一电机，可控制大扭矩马达电机转动，进而带动搅拌棒转动，实现水和饲料的搅拌、碾磨成浆，形成粥料，这样，有利于家禽的生长，并提高了家禽的免疫力，减少了抗生素的使用。

其中，所述水处理单元的注水量以及电机的转速、转动时间通过控制面板设定，该控制面板连接所述主控mcu。针对动物不同时期的生长特性，可设置不同的饲料量以及饲料的投放时间。

图3为本发明中的设备工作流程示意图。

其中，图中的a代表时钟信号的高低电平状态，b代表超声波探头传感器的高低电平状态，c代表接触式检测传感器的高低电平状态。从图中可以看出，在时钟控制电路的信号控制下，通过超声波探头传感器和接触式探头传感器的高低电平状态组合来判断并进而控制是否进行下料操作。其中，可选择自由采食档位和连续下料档位，以自由采食档位为例，当时钟信号保持低电平时，不下料；如果时钟信号保持高电平，但同时超声波检测信号返回高电平值且接触式探头也返回高电平值时，也不下料；如果时钟信号为高电平，且超声波探头传感器和接触探头传感器返回至少一个低电平信号则控制下料。

作为本发明一个优选的方式，所述主控mcu控制是否得到的为干料还是湿料，通过所述超声波探头传感器、接触式探头传感器的高低电平及维持的次数来来决定。比如，当超声波探头传感器返回的为高电平信号、接触式探头传感器返回的为低电平信号，且该信号保持的次数大于两次，则判定为干料，并停止下料，至超声波探头传感器返回的不为高电平信号时，正常下料；当维持的次数小于2次时，主控mcu判定为湿料，正常下料，到设定时间后就强制停机，等到时钟控制电路设定的下料时间后就继续下湿料。

所述主控mcu控制下料模式为连续下料模式和自由采食模式，所述连续下料模式不受时间时钟芯片控制，由接触式探头传感器进行记次工作，连续下料的次数事先存入主控mcu的寄存器内，当达到次数就强制停机一段时间，没有达到就继续下料。比如，当接触式探头传感器返回给主控mcu为高电平时，如果维持的时间大于n1，则下料，当接触式探头传感器返回给主控mcu为低电平时，如果维持的时间大于n2，则不下料，当维持的时间小于n2，则下料，此时再根据接触式探头传感器返回的其记录的下料次数来判断是否需要停机。

与现有技术相比，本发明达到了如下效果：

1.自动检测饲料有无及高度，并自动投放，可替代人工的多数工作，节省成本及控制饲料的浪费；

2.针对家禽不同生长阶段所需，可灵活设置水和饲料的投放比例，提高了养殖质量。

3.针对病弱残家禽，可做到全天侯的粥料供应，可以大大降低死亡。从而可以减少养殖户的投资风险与营运成本。

4.双探头设计，可以鉴别饲料是干料还是湿料，从而满足不同饲养阶段的喂养需求。

5.内置中央处理器及时钟电路，根据各探头信号做出工作状态的调整，实现了人性化的高仿真喂养，实现更高的养殖效率。

6.产品内置自动及手动清洗料仓程序，开放式的料仓，易于养殖人员的埸地清洗，实现全程喂养零酸败。

7.喂养的饲料经过一定水与料的混合，碾磨成浆，形成粥料，提高了采食量，增强了免疫力，实现更高的养殖效率。

8.内置科学的高仿真的人性化饲养程序，实现定时，定量，自动清洗，动态适应不同养殖数量等复杂的养殖环境。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。